CN102054432A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光装置，包括：多个像素，所述像素包括有机电致发光元件、对所述有机电致发光元件进行驱动的驱动晶体管、以及保持用于对所述驱动晶体管进行控制的控制信号的保持电容器，所述有机电致发光元件电连接到所述驱动晶体管的源极电极和漏极电极之一。保持电容器按顺序包括金属层、绝缘层、以及半导体层。半导体层接收从有机电致发光元件发出的光。保持电容器的金属层和半导体层中的一个被电连接到驱动晶体管的栅极电极，保持电容器的金属层和半导体层中的另一个被规定在固定电势。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及具有多个有机电致发光元件的发光装置，并尤其涉及其中亮度变化受抑制的发光装置。
背景技术
具有多个有机电致发光元件的发光装置作为在薄型化和低功耗方面值得期待的自发光装置引起了极大关注。有机电致发光元件在阳极与阴极之间具备有机化合物层，并且使用当分别从阴极和阳极注入有机化合物层的电子和空穴重新结合时所生成的能量来发射光。
已知，有机电致发光元件随着驱动时间过去而显现出劣化(诸如亮度降低)以致于增加了驱动电压。由于这种劣化因有机电致发光元件不同而不同，因此在具有多个有机电致发光元件的发光装置中出现亮度变化。亮度变化是这样一种现象：在有机电致发光元件之中亮度对于相同输入信号而不同，从而造成视觉亮度差异。为了校正亮度变化，日本专利公开No.2006-30317提出了一种有机电致发光显示器，其中，在每一像素中设置光传感器，并且依赖于各有机电致发光元件的发光量而对于各像素补偿亮度。
发明内容
本发明抑制亮度变化。
根据本发明一方面，提供一种发光装置，包括：多个像素，所述像素包括有机电致发光元件、对所述有机电致发光元件进行驱动的驱动晶体管、以及保持用于对所述驱动晶体管进行控制的控制信号的保持电容器，所述有机电致发光元件电连接到所述驱动晶体管的源极电极和漏极电极之一。保持电容器按顺序包括金属层、绝缘层、以及半导体层。半导体层接收从有机电致发光元件发出的光。保持电容器的金属层和半导体层中的一个被电连接到驱动晶体管的栅极电极，保持电容器的金属层和半导体层中的另一个被规定在固定电势。
通过根据本发明该方面的所述发光装置，可以抑制亮度变化。
从下文结合附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1A是示出根据本发明的第一实施例的发光装置的示意图。
图1B是根据第一实施例的发光装置的像素的示意平面图。
图1C是根据第一实施例的像素中的电路的示图。
图2A是被预先施加希望的电压的根据第一实施例的发光装置中所使用的保持电容器(hold capacitor)的示图。
图2B是示出根据第一实施例的保持电容器两端的电压的测量结果的曲线图。
图3是示出补偿亮度变化的操作的示图。
图4是根据第一实施例的发光装置的部分截面图。
图5A是根据本发明的第二实施例的发光装置的电路的示图。
图5B是示出保持电容器的灵敏度与信号电压之间的关系的曲线图。
图6是根据本发明的另一实施例的发光装置的电路的示图。
具体实施方式
第一实施例
将参照附图描述本发明实施例。图1A是具有多个像素的发光装置的示意性透视图。像素1被布置在信号线3和选择线2的交点附近，信号线3用于将控制信号发送到像素1，选择线2用于选择控制信号要发送到的像素1。图1B是根据本发明的该实施例的发光装置的像素1的示意平面图。像素1由发光区域4和非发光区域5构成，在发光区域4中形成有机电致发光元件，在非发光区域5中形成用于驱动有机电致发光元件的电路。像素1的发光区域4包括有机电致发光元件和保持电容器，保持电容器用于保持控制信号。像素1的非发光区域5包括用于驱动有机电致发光元件的驱动晶体管。控制信号是对驱动晶体管进行控制的信号。驱动晶体管将相应于该信号的电流发送到有机电致发光元件。有机电致发光元件的发光强度由控制信号确定。控制信号被以相应于该信号的电势(下文中称为信号电势)而发送到像素1。
本发明的实施例中所使用的保持电容器依次包括金属层、绝缘层、以及半导体层。半导体层被设置在接收从有机电致发光元件发射的光的位置处，并且具有光电转换的功能(例如非晶硅层)。
图1C是该实施例的像素1中的电路的示图。在图1C中，标号6指示选择晶体管。选择晶体管6的栅极电极连接到选择线2。选择晶体管6的漏极电极连接到信号线3。选择晶体管6的源极电极连接到驱动晶体管30的栅极电极。标号7指示用于将驱动电流供给有机电致发光元件10的馈送线(feeder line)。馈送线7、有机电致发光元件10、驱动晶体管30和GND线8电串联连接。在有机电致发光元件10与驱动晶体管30之间可电串联连接用于对发光时段进行控制的晶体管。保持电容器20的一个端子N1电连接到驱动晶体管30的栅极电极31，保持电容器20的另一端子N2电连接到驱动晶体管30的源极电极33以及GND线8。GND线8将保持电容器20的端子N2规定为固定电势。如下所述，这种配置允许通过像素1中的配置来补偿亮度变化。
当发光装置将被驱动时，首先，接通或关断选择晶体管6的二值电势被依次施加到选择线2。其中接通选择晶体管6的电势被施加到选择线2的像素1通过信号线3被给予控制信号，并且该控制信号被保持在保持电容器20中。具体地说，与信号电势和施加到GND线8的电势之间的电势差(下文中称为信号电压)对应的电荷量被保持在保持电容器20中。即使关断选择晶体管6的电势此后在有机电致发光元件10的发光时段期间被施加到选择线2，与信号电压对应的电荷量也被继续保持在保持电容器20中。然后，与驱动晶体管30的栅极与源极之间的电势差对应的、即与保持电容器20中保持的控制信号对应的驱动电流通过馈送线7被供给有机电致发光元件10，从而有机电致发光元件10以相应于控制信号的发光强度来发射光。
接下来，图2A和图2B示出这样的操作，即根据本发明的实施例的保持电容器20接收光，从而保持电容器20两端的电压降低。参照图2A，与希望的电压V0对应的电荷量被预先保持在保持电容器20中。将具有不同强度(1Lx、0.1Lx、以及0.01Lx)的光施加到保持电容器20，并且通过电压计测量保持电容器20两端的电压。测量结果在图2B中示出。此曲线图示出根据本发明的实施例的保持电容器20具有通过接收光而降低保持电容器20两端的电压的特性。这是因为，本发明的实施例的保持电容器20中的半导体层23通过接收光而生成电荷(电子和空穴)。保持电容器20两端的电压被预先设为V0的原因是为了造成在保持电容器20的两个端子之间生成电场的状态。通过该电场，所生成的电荷中的一种被从保持电容器20的一端移除，而另一种电荷被存储于半导体层的绝缘层侧界面中，以改变构成电容器的部分。更具体地说，已在金属层和与金属层相对的半导体层的界面之间形成的电容器在金属层与半导体层的金属层侧界面之间形成。这样导致保持电容器20的电容增加。然而，由于电荷量的总和不变，因此保持电容器20两端的电压降低。半导体层中生成的电荷的量依赖于入射光的强度而不同。因此，如图2B所示，入射光强度越大，在希望的时间t0过去之后保持电容器20中所保持的电荷的量就减少得越多，从而保持电容器20两端的电压降低。
接下来，将描述根据本发明的实施例的应用该作用的发光装置中抑制像素1中的亮度变化的操作。在图1C的电路图中，当保持电容器20从有机电致发光元件10接收光时，由于保持电容器20的电容增加，而所保持的电荷量不改变，因此信号电压、即保持电容器20两端的电压降低。由于保持电容器20的端子N2电连接到驱动晶体管30的源极电极33以及GND线8，并且其电势固定为小于信号电势的电势，因此保持电容器20的端子N1的电势(驱动晶体管30的栅极电极31的电势)下降。因此，驱动晶体管30的栅极与源极之间的电势差减小，从而施加到有机电致发光元件10的驱动电流在一帧的发光时段(例如1/60秒)期间变得小于初始驱动电流。
图3是示出在图1C中使用本发明的实施例的保持电容器20的情况(补偿)与图1C中使用常规保持电容器而非保持电容器20的情况(未补偿)之间的像素X和像素Y的比较的示图，在像素X中，其有机电致发光元件的劣化程度低，在像素Y中，其有机电致发光元件的劣化程度高。像素X和像素Y的保持电容器保持与相同信号电压对应的相同电荷量。常规保持电容器没有半导体层。如果有机电致发光元件劣化，即使保持电容器保持相同电荷量，发光强度也改变。人眼识别在一帧的发光时段期间的发光强度的积分值、即图3中斜线阴影部分所指示的面积(A、B、C、或D)作为亮度级。因此，通过传统保持电容器，在发光时段期间与初始发光强度的差被积分，像素X的面积A与像素Y的面积B之间的差被人眼识别为亮度差。
相对照地，通过根据本发明实施例的保持电容器20，像素X和Y的发光在发光时段期间变得不均匀。也就是说，如图2B所示，有机电致发光元件开始发光，从而已接收从有机电致发光元件发出的光的保持电容器20两端的电压依赖于像素中的有机电致发光元件的发光强度而下降。在像素Y中，保持电容器20两端的信号电压的下降小于像素X中的下降。因此，在使用根据本发明实施例的保持电容器20的像素X与像素Y之间的在发光时段期间的发光强度之差小于在使用传统保持电容器的具有高劣化程度的像素与具有低劣化程度的像素之间的在发光时段期间的发光强度之差。换句话说，面积C与面积D之间的差小于面积A与面积B之间的差，这样使得人眼难以将该差识别为像素X与像素Y之间的亮度差。因此，装配有根据本发明实施例的保持电容器20的像素中的电路可以减少亮度变化。对于大约1/60秒的发光时段，在发光时段期间的发光强度的改变没有问题，这是因为它们无法被识别出来。
图4是沿着图1B中的线IV-IV取得的截面图。在发光区域4中，保持电容器20被设置在基板40上，并且有机电致发光元件10设置于该保持电容器20上。通过这种配置，已通过有机电致发光元件10的第二电极11的光被引入保持电容器20。
有机电致发光元件10具有这样的配置：第二电极11、有机化合物层12和第一电极13从绝缘基板40(由例如玻璃、石英和陶瓷制成)起按顺序被设置在基板40上，并且设置于发光区域4中。有机电致发光元件10堆叠在保持电容器20上，并且在它们之间具有由SiOx、SiNx或其膜堆叠制成的绝缘层41。有机电致发光元件10的发光使用当电子或空穴被从第二电极11和第一电极13分别注入有机化合物层12并且在有机化合物层12中重新结合时的能量。在该实施例中，将描述所谓的顶部发光型发光装置，其中，来自有机电致发光元件的光被从基板40的相对侧(从第一电极13侧)提取。
第二电极11可以是由纯金属(例如Al、Cr、Ag)及其合金制成的金属层。第二电极11具有反射来自有机电致发光元件10的光的功能。为了允许来自有机电致发光元件的光的一部分(0.01％和10％之间)通过稍后将描述的保持电容器20，所使用的第二电极11的厚度需在30nm和200nm之间，更优选地在30nm和50nm之间。此外，可以在金属层上形成具有高透光率的金属氧化物导电层，例如由铟氧化物和锡氧化物制成的化合物层以及由铟氧化物和锌氧化物制成的化合物层。在本发明中，高透光率指的是从有机电致发光元件提取的光的光谱的峰值波长之处的透射率在50％和100％之间。
有机化合物层12至少具有发光层，并且必要时具有例如空穴传输层和电子传输层的电荷传输层。构成有机化合物层的层可被使用已知方法(例如电阻加热蒸镀方法和旋涂方法)由已知材料形成。
第一电极13可以是具有5nm和20nm之间的厚度的上述金属层或具有高透光率的上述金属氧化物导电层的单一层，以允许在有机电致发光元件10中生成的光的60％或更多从中通过。第一电极13也可以采用其堆叠结构。
标号42指示用于防止第二电极11和第一电极13短路的绝缘层，并且可以通过厚度在1μm和3μm之间的丙烯酸树脂或聚酰亚胺树脂而形成。
保持电容器20采用这样的配置：金属层21、绝缘层22、半导体层23、和导电层24被从基板40起按顺序设置在基板40上。半导体层23由通过接收光来生成电荷的光电转换层形成。在该实施例中，保持电容器20被设置在有机电致发光元件10的第二电极11与基板40之间。从有机电致发光元件10发出的光通过第二电极11，并且被保持电容器20的半导体层23接收。通过利用半导体层23接收来自有机电致发光元件10的光，保持电容器20还可被用作光检测器，以及用于补偿亮度变化的补偿装置。
为了允许半导体层23更有效率地接收光，在基板40的平面方向上的保持电容器20的面积优选地大于发光区域4中的有机电致发光元件10的发光面积。该发光面积是发光区域4的面积，并且也是这样的区域的在基板40的平面方向上的面积，即在该区域中，第二电极11、有机化合物层12和第一电极13在基板40上沿垂直方向交叠，并且绝缘层42未被设置。在图4中，有机电致发光元件10形成在保持电容器20上。这是因为，由于保持电容器还用作光检测器，而不同于诸如通常的光电晶体管的光检测器，因此光检测器的顶部的平坦性被充分保证。因此，无需在保持电容器20(光检测器)与有机电致发光元件10之间提供具有微米量级的厚度的平坦化树脂层，因而允许来自有机电致发光元件10的光在保持电容器20的半导体层23中被有效率地吸收。
用作光电转换层的半导体层23可以是N型半导体层或P型半导体层。具体地说，可以使用非晶硅层或微晶硅层；鉴于光电转换效率，非晶硅层是优选的。半导体层23可以采用这样的配置：非晶硅层和其中掺杂有杂质的N型非晶硅层或P型非晶硅层堆叠。半导体层23的厚度优选地在50nm和300nm之间。以下将描述以N型非晶硅层形成的半导体层23。
金属层21可以通过Mo、Ti、W、Ni、Ta、Cu、Al、其合金、或其堆叠结构而制成。厚度优选地在5nm和300nm之间。
绝缘层22和41可由SiOx、SiNx或其膜堆叠制成。厚度优选地在100nm和500nm之间。保持电容器20的电容可依赖于绝缘层22的厚度而改变。
导电层24可通过与金属层21相同的材料而制成。然而，由于来自有机电致发光元件10的光需要通过导电层24到达半导体层23，因此导电层24优选地具有5nm和200nm之间的厚度，从而提供1％或更高的透射率。导电层24可以是具有高透光率的金属氧化物导电层，例如由铟氧化物和锡氧化物制成的化合物层以及由铟氧化物和锌氧化物制成的化合物层。
图1C中保持电容器20的电连接到驱动晶体管30的栅极电极31的端子N1对应于图4中的导电层24。半导体层23经由导电层24电连接到驱动晶体管30的栅极电极31。保持电容器20的另一端子N2对应于图4中的金属层21。
驱动晶体管30包括栅极电极31、绝缘层22、半导体层32、源极电极33、以及漏极电极34，并且形成在非发光区域5中。漏极电极34电连接到有机电致发光元件10的第二电极11。半导体层32由非晶硅制成。其上形成源极电极33和漏极电极34的半导体层32的区域掺杂有N型杂质。通过这种配置，驱动晶体管30用作N型晶体管。栅极电极31、源极电极33和漏极电极34可由与保持电容器20的金属层21相同的材料制成。
在图4中，虽然驱动晶体管30的绝缘层22与保持电容器20的绝缘层22成一体，但其不限于此。换句话说，驱动晶体管30的绝缘层22和保持电容器20的绝缘层22可以通过不同材料制成，或者具有不同厚度。
半导体层32可以通过与保持电容器20的半导体层23相同的材料制成，或者通过与其不同的材料制成。
在该实施例中，虽然有机电致发光元件10连接到驱动晶体管30的漏极电极34，但有机电致发光元件10可以连接到驱动晶体管30的源极电极33。
除了保持电容器20之外，像素1还可具有连接到驱动晶体管30的栅极电极31的辅助电容器(未示出)。
第二实施例
图5A是第二实施例的像素中的电路的示图。第二实施例与第一实施例不同之处在于，保持电容器20的与电连接到驱动晶体管30的栅极电极31的端子N1不同的端子N2连接到电势线9，电势线9供应固定电势。通过电势线9将保持电容器20的端子N2规定在固定电势。
电连接到驱动晶体管30的栅极电极31的图5A中的保持电容器20的端子N1对应于金属层21，保持电容器20的另一端子N2对应于半导体层23。
在第一实施例中，保持电容器20两端的信号电压是驱动晶体管30的栅极和源极之间的电压。因此，如果有机电致发光元件的发光强度低，则保持电容器20两端的信号电压小，从而如图5B所示，保持电容器20的光灵敏度小。相反，在第二实施例中，小于信号电势的并且小于GND线8的电势的固定电势被施加到电势线9。因此，保持电容器20的端子N2的电势小于第一实施例中的电势。由于有机电致发光元件10的发光强度为驱动晶体管30的栅极和源极之间的电压，因此保持电容器20的驱动晶体管30的栅极电极31需要具有与第一实施例相同的电势，以使得有机电致发光元件10以与第一实施例相同的发光强度来发光。因此，保持电容器20两端的信号电压高于第一实施例的电压，如图5B所示，这样增强了保持电容器20的光灵敏度，因而允许保持电容器20用在具有更稳定的灵敏度的区域中。这样可以更精确地抑制像素的亮度变化。
虽然已经使用N型驱动晶体管30描述了第一实施例和第二实施例，但也可以使用P型驱动晶体管。例如，为了形成图6所示的电路配置，在图4中，驱动晶体管30的半导体层32由微晶硅层形成，保持电容器20的半导体层23和驱动晶体管30的栅极电极31电连接。通过这种配置，作为保持电容器20的第二端子N2的半导体层23电连接到施加固定电势的电势线9，并且该固定电势被设定为高于信号电势。
可替换地，如果驱动晶体管是N型的，并且P型半导体层用作保持电容器的半导体层，则保持电容器的金属层电连接到驱动晶体管的栅极电极，并且保持电容器的半导体层被设定为低于信号电势的固定电势。可替换地，如果驱动晶体管是P型的，并且N型半导体层用作保持电容器的半导体层，则保持电容器的金属层电连接到驱动晶体管的栅极电极，并且保持电容器的半导体层被设定为高于信号电势的固定电势。
为了增强补偿效果，除了如上所述增加保持电容器两端的电压之外，还有这样一种方法：增大保持电容器的电容。具体地说，存在增大基板的平面方向上的保持电容器的面积的方法，以及减小保持电容器的绝缘层的厚度的方法。可替换地，存在减小保持电容器与有机电致发光元件之间的绝缘层的厚度的方法，以及减小有机电致发光元件的第二电极的厚度的方法。
根据本发明实施例的发光装置可以应用于各种用途，例如用于显示器的背光。此外，它们也可以应用于电视系统、个人计算机、数码相机以及移动电话的显示器。
如图1A所示，虽然根据本发明第一实施例的发光装置被配置为使得像素被二维布置，但本发明也可以应用于其中像素被一维布置的发光装置，该发光装置也可以用作曝光装置的光源。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围与最宽泛的解释一致，从而包括所有这样的修改和等同结构以及功能。

Claims (3)

1.一种发光装置，包括：
多个像素，所述像素包括有机电致发光元件、对所述有机电致发光元件进行驱动的驱动晶体管、以及保持用于对所述驱动晶体管进行控制的控制信号的保持电容器，所述有机电致发光元件电连接到所述驱动晶体管的源极电极和漏极电极之一，其中，
所述保持电容器按顺序包括金属层、绝缘层、以及半导体层；
所述半导体层接收从所述有机电致发光元件发出的光；
所述保持电容器的所述金属层和所述半导体层中的一个被电连接到所述驱动晶体管的栅极电极，另一个被规定在固定电势。
2.根据权利要求1所述的发光装置，还包括基板，其中，
所述保持电容器设置在所述基板与所述有机电致发光元件之间；以及
所述基板的平面方向上的所述保持电容器的面积大于所述有机电致发光元件的发光面积。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，
所述保持电容器的所述金属层和所述半导体层中的所述另一个连接到所述驱动晶体管的所述源极电极和所述漏极电极之一。
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